priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-10-862-869pribor-419Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESДатчик малых угловых смещений на основе кремниевого фотоумножителя для систем слеженияSmall angular displacement sensor based on silicon photomultiplier for tracking systemsЗеневичА. О.ZenevichA. O.

Андрей Олегович Зеневич — д-р техн. наук, профессор;  ректор

Минск

Andrey O. Zenevich — Dr. Sci., Professor; Rector ofthe Academy

Minsk

a.zenevich@bsac.byКочергинаО. В.KocherginaO. V.

Ольга Викторовна Кочергина — канд. техн. наук,  кафедра радио и информационных технологий; заведующая кафедрой

Минск

Olga V. Kochergina — PhD; Rector of the Academy,Department of Radio and Information Technologies; Head of the Department

Minsk

o.kochergina@bsac.byНовиковЕ. В.NovikovE. N.

Евгений Владимирович Новиков — канд. техн. наук, доцент; отраслевая лаборатория перспективных информационно-коммуникационных технологий; ведущий научный сотрудник

Минск

Evgeny V. Novikov — PhD, Associate Professor; Industry Laboratory of advanced Information and communication Technologies; Leading Researcher

Minsk

e.novikov@bsac.byБелорусская государственная академия связиBelarusian State Academy of Communications2025151120256810862869Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/419

Оценена возможность использования кремниевого фотоумножителя в датчиках малых угловых смещений для систем слежения. В качестве объектов исследований выбраны серийно выпускаемые кремниевые фотоумножители моделей КОФ5-1035, ketek РМ 3325 и ON Semi FC 30035 — лавинные матричные фотоприемники, характеризующиеся большой площадью фоточувствительной поверхности, высоким коэффициентом усиления, низким напряжением питания и низкой стоимостью. Для этих кремниевых фотоумножителей получены зависимости величины фототока от угла падения излучения относительно нормали к плоскости фоточувствительной поверхности фотоумножителя. Установлено, что зависимость среднего значения амплитуды фотоотклика от угла падения излучения имеет достаточно протяженный линейный участок. Предложена конструкция датчика углового положения на основе кремниевых фотоумножителей для систем слежения, позволяющая определить направление смещения подвижного объекта, а также величину угла смещения. Такие датчики могут быть использованы в автоматизированных системах „Умный дом“ и „Умный город“, в системах позиционирования различных видов промышленного оборудования и роботизированных системах, а также при дистанционном контроле углового положения труднодоступных объектов. 

The possibility of using a silicon photomultiplier in sensors of small angular displacements for tracking systems is evaluated. The commercially available silicon photomultipliers of the KOF5-1035, ketek RM 3325 and ON Semi FC 30035 models are avalanche matrix photodetectors characterized by a large photosensitive surface area, high gain, low supply voltage and low cost. For these silicon photomultipliers, the dependences of the magnitude of the photocurrent on the angle of incidence of radiation relative to the normal to the plane of the photosensitive surface are obtained. It is established that the dependence of the average value of the amplitude of the photo-response on the angle of incidence of radiation has a sufficiently long linear section. A variant of an angular position sensor based on silicon photomultipliers for tracking systems is proposed, which makes it possible to determine the direction of displacement of a moving object, as well as the magnitude of the displacement angle. Such sensors can be used in automated Smart Home and Smart City systems, in positioning systems for various types of industrial equipment and robotic systems, as well as for remote monitoring of the angular position of hard-to-reach objects. 

кремниевый фотоумножительсистема слежениядатчикугловое смещениефотооткликsilicon photomultipliertracking systemsensorangular displacementphoto-responseReferencesШимаров А. И. Способ определения углового положения объектов // Изв. вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56, № 1. С. 45–49.Shimarov A.I. Journal of Instrument Engineering, 2013, no. 1(56), pp. 45–49. (in Russ.)Пат. 510642А1 СССР. Способ дистанционного контроля угловых перемещений объектов / С. Т. Цуккерман. Опубл. 15. 04.1976.Patent SU 510642А1, Sposob distantsionnogo kontrolya uglovykh peremeshcheniy (Method of Remote Control of Angular Displacements of Objects), S.T. Zuckerman, Published 15. 04.1976. (in Russ.)Сазонникова Н. А., Нонин А. С., Ткаченко А. С., Вобликов Д. Н. Лазерные измерительные системы для контроля углового положения элементов конструкций // Ползуновский вестник. 2015. № 3. С. 53–57.Sazonnikova N.A., Nonin A.S., Tkachenko A.S., Voblikov D.N. Polzunovsky Bulletin, 2015, no. 3, pp. 53–57. (in Russ.)Конов В. В., Марков А. П., Скобов И. А., Горбунов Д. А. Комбинированные методы дистанционного контроля труднодоступных участков труб // Литье и металлургия. 2005. № 2(34). С. 123–125.Konov V.V., Markov A. P., Skobov I.A., Gorbunov D.A. Casting and metallurgy, 2005, no. 2(34), pp. 123–125. (in Russ.)Куликовский К. Л., Шимаров А. И. Способ определения углового положения объектов // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1978. Т. 21, № 11. С. 116–120.Kulikovsky K.L., Shimarov A.I. News of the USSR Universities. Instrument-making, 1978, no. 11(21), pp. 116–120. (in Russ.)А. с. 659901 СССР. Устройство для измерения углов наклона / К. Л. Куликовский, В. Я. Купер, А. И. Шимаров. Б.И. 1979. № 16.Copyright certificate 659901 USSR, Ustroystvo dlya izmereniya uglov naklona (Device for Measuring Inclination Angles), K.L. Kulikovsky, V.Ya. Cooper, A.I. Shimarov, Published 1979, Bulletin 16. (in Russ.)Шимаров А. И. Метод определения взаимного положения объектов // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1984. Т. 27, № 1. С. 89–93.Shimarov A.I. Izvestiya Universities of the USSR. Instrument-Making, 1984, no. 1(27), pp. 89–93. (in Russ.)Клемин С. и др. Кремниевый фотоэлектронный умножитель. Новые возможности // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2007. № 8. С. 80–86.Klemin S et al. Electronics: Science, Technology, Business, 2007, no. 8, pp. 80–86. (in Russ.)Staglianoa M., Abegão L., Chiericia A. and d’Erricoa F. Silicon photomultiplier current and prospective applications in biological and radiological photonics // EPH – International Journal of Science and Engineering. 2018. Vol. 4, is. 10. P. 21.Staglianoa M., Abegão L., Chiericia A. and d’Erricoa F. EPH — International Journal of Science And Engineering, 2018, no. 10(4), pp. 21.Гулаков И. Р., Зеневич А. О., Кочергина О. В. Влияние угла падения оптического излучения на характеристики кремниевого фотоумножителя // Вести НАН РБ. Сер. физико-технических наук. 2023. Т. 68, № 4. С. 344–352.Gulakov I.R., Zenevich A.O., Kochergina O.V. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. PhysicoTechnical Series, 2023, no. 4(68), pp. 344–352. (in Russ.)Гулаков И. Р., Зеневич А. О., Кочергина О. В. Пространственные характеристики кремниевых фотоумножителей // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29, № 4. С. 466–477.Gulakov I.R., Zenevich A.O., Kochergina O.V. Proceedings of Universities. Electronics, 2024, no. 4(29), pp. 466–477. (in Russ.)Залесский В. Б., Гулаков И. Р., Зеневич А. О., Кочергина О. В., Цымбал В. С. Исследование пропускной способности оптического канала с приемником информации в виде кремниевого фотоэлектронного умножителя // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27, № 1. С. 50–58.Zalessky V.B., Gulakov I.R., Zenevich A.O., Kochergina O.V., Tsymbal V.S. Proceedings of Universities. Electronics, 2022, no. 1(27), pp. 50–58. (in Russ.)Зеневич А. О., Кочергина О. В. Исследование динамического диапазона кремниевых фотоэлектронных умножителей // Изв. вузов. Электроника. 2021. Т. 26, № 1. С. 30–39.Zenevich A.O., Kochergina O.V. Proceedings of Universities. Electronics, 2021, no. 1(26), pp. 30–39. (in Russ.)Кочергина О. В. Метод определения динамического диапазона кремниевых фотоэлектронных умножителей // Проблемы инфокоммуникаций. 2023. № 1(17). С. 63–67.Kochergina O.V. Problems of infocommunications, 2023, no. 1(17), pp. 63–67. (in Russ.)Гулаков И. Р., Зеневич А. О., Кочергина О. В. Спектральные характеристики кремниевых фотоэлектронных умножителей // Успехи прикладной физики. 2021. Т. 9, № 2. С. 164–171.Gulakov I.R., Zenevich A.O., Kochergina O.V. Advances in Applied Physics, 2021, no. 2(9), pp. 164–171. (in Russ.)Гулаков И. Р., Зеневич А. О. Фотоприемники квантовых систем. Минск: УО ВГКС, 2012. 276 с.Gulakov I.R., Zenevich A.O. Fotopriyemniki kvantovykh system (Photodetectors of Quantum Systems), Minsk, 2012, 276 р. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.